谷氨酰胺的生理作用及應(yīng)用

馬爽 王家慶 王虹玲 張瑩瑩

摘要 谷氨酰胺作為人體及其他哺乳動物體內(nèi)含量最多的一種條件性必需氨基酸，在生物體代謝中起著舉足輕重的作用。概述了谷氨酰胺的生理功能及其應(yīng)用的研究進(jìn)展，以期為谷氨酰胺的進(jìn)一步綜合開發(fā)利用提供參考。

關(guān)鍵詞 谷氨酰胺；生理作用；應(yīng)用

中圖分類號 S188 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）26-09172-02

直至20世紀(jì)30年代才有學(xué)者注意到谷氨酰胺（Gln）是形成蛋白質(zhì)的一個較為關(guān)鍵的生物分子，但對Gln的代謝功效知道甚少。1935年，Krebs最初報(bào)道了谷氨酰胺能夠在哺乳動物組織細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行水解與合成^[1]。20年后，Eagle等發(fā)現(xiàn)Gln作為一種必要的營養(yǎng)物質(zhì)，在哺乳動物細(xì)胞的生長過程中起著關(guān)鍵性作用，在很多動物細(xì)胞中擁有較高濃度，能有效清除機(jī)體內(nèi)的氨和參與生物合成^[2-3]。近20年，因?yàn)楣劝滨０吩诖x過程中起到重要作用，所以漸漸成為各大學(xué)科間的研究熱點(diǎn)。

1 谷氨酰胺的化學(xué)結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)

Gln是脂肪族的極性中性氨基酸，它有1個α-氨基，不論是在各個組織間氨的運(yùn)載，還是NH₃的轉(zhuǎn)運(yùn)過程中，Gln都是以載體的身份參與其中。還有1個酰氨基，末端的酰氨基極易水解，酰氨基還作為必需原料參與機(jī)體內(nèi)嘧啶和嘌呤核苷酸、核酸以及氨基糖生物合成。

谷氨酰胺對酸性環(huán)境的敏感度較高，加熱時較易產(chǎn)生焦谷氨酸和氨，這2種物質(zhì)均含有一定的毒性。在高溫消毒和貯存過程中性質(zhì)很不穩(wěn)定，水中溶解性較差?；谝陨线@些特征，幾乎不能利用原有的氨基酸分析法來檢測谷氨酰胺^[4]。

2 谷氨酰胺的生理作用

谷氨酰胺是生糖氨基酸中的一種，它是生成核酸的必要前體物質(zhì)，同時也以前體的身份參與氨基糖的合成，并能作為載體將氮運(yùn)輸?shù)礁鹘M織中，同時能夠解除組織內(nèi)的氨毒，在肝糖元合成過程中起到調(diào)節(jié)作用，作為能源物質(zhì)參與某些組織的呼吸過程。當(dāng)機(jī)體處于某種特殊應(yīng)激狀態(tài)時，特殊的環(huán)境需求會導(dǎo)致機(jī)體對谷氨酰胺的需求量急劇增加，例如：營養(yǎng)攝入不足、超強(qiáng)度運(yùn)動以及病態(tài)條件等應(yīng)激狀態(tài)，都會導(dǎo)致機(jī)體正常合成的谷氨酰胺無法滿足正常的生理需要^[5]。于是，谷氨酰胺是一種“條件必需氨基酸”。

細(xì)胞中含有2個重要的Gln代謝酶：第1種是谷氨酰胺分解酶，它可將谷氨酰胺分解成谷氨酸和氨；第2種是Gln合成酶，可將谷氨酸和氨生成谷氨酰胺，人體內(nèi)每個組織都有其特定的反應(yīng)方向。比如：在骨骼、胰腺、血液等細(xì)胞中，Gln的合成則明顯處于劣勢；而在腸細(xì)胞和免疫細(xì)胞（淋巴細(xì)胞和巨嗜細(xì)胞）內(nèi)，谷氨酰胺則多數(shù)被用于供應(yīng)細(xì)胞能量和供給細(xì)胞內(nèi)核糖核酸和脫氧核糖核酸的合成。

2.1 Gln與骨骼肌

谷氨酰胺在肌肉組織中是含量最高的一種游離氨基酸，大概占其總量的60%。胞液中Gln的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于血液中的含量，高約30倍，正是由于如此大的濃度梯度才有利于Gln由胞內(nèi)向胞外輸出。應(yīng)激狀態(tài)下，Gln會迅速從骨骼肌中的釋放，釋放速度明顯升高，細(xì)胞內(nèi)有一半以上的Gln被利用，此時血漿中Gln也會顯著下降，則需要從其他組織中攝取缺少的Gln，外界供給的營養(yǎng)物質(zhì)如果不含有Gln，則需要繼續(xù)從肌肉中攝取Gln，當(dāng)在特殊的應(yīng)激條件和生病的情況下，增添含有Gln的營養(yǎng)物質(zhì)則可以滿足機(jī)體的需要，就不需從骨骼肌中攝入Gln，骨骼肌中Gln含量越高越有益于多核蛋白體的生成。

2.2 Gln與免疫系統(tǒng)

谷氨酰胺作為必要原料介入免疫系統(tǒng)調(diào)節(jié)，起到加強(qiáng)免疫調(diào)節(jié)的功用。核酸生物合成的前體的合成過程當(dāng)中，Gln作為重要的能源物質(zhì)參與此中。在免疫細(xì)胞的分裂和增殖進(jìn)程之中，谷氨酰胺起到正調(diào)控的功用。同時谷氨酰胺在免疫調(diào)節(jié)過程中起到關(guān)鍵作用，在淋巴細(xì)胞的分泌和增殖過程中，谷氨酰胺起到關(guān)鍵性作用，并且參與淋巴細(xì)胞功能的維持。在免疫調(diào)節(jié)過程中淋巴細(xì)胞總數(shù)要達(dá)到一定的數(shù)量，或者維持循環(huán)中CD4/CD8的比率保持均衡，都需要向細(xì)胞內(nèi)添加一定量的外源性的谷氨酰胺，才能起到增強(qiáng)機(jī)體免疫功能的作用。

2.3 Gln與胃腸道

谷氨酰胺作為基本能量來源存在于胃腸道管腔細(xì)胞。Gln作為一種不可缺少的營養(yǎng)元素參與腸黏膜細(xì)胞的代謝過程，并參與保證其上皮組織的完整性。當(dāng)人體受到外界環(huán)境的影響，如各種類型的感染、意外傷害、疲勞過度等其他應(yīng)激狀態(tài)下，在腸上皮細(xì)胞的谷氨酰胺會在短期內(nèi)消耗殆盡。當(dāng)機(jī)體腸道處于饑餓的刺激下，或腸道的谷氨酰胺含量低時，腸黏膜則要開始收縮，附著的腸絨毛由長變短、變得越來越稀少甚至脫落，隱窩變淺，由此會增加黏膜表面的通透性，損傷腸道的免疫功能。經(jīng)研究表明，通過向腸道內(nèi)添加外源的谷氨酰胺能有效地保障腸道黏膜的穩(wěn)定性，維持腸道黏膜重量的恒定，使腸道細(xì)胞的活性顯著提高，改善腸道免疫功能，使腸道內(nèi)細(xì)菌及內(nèi)毒素的易位現(xiàn)象顯著降低。

3 谷氨酰胺作為飼料添加劑應(yīng)用的研究進(jìn)展

3.1 飼料中添加谷氨酰胺對斷奶仔豬的影響

為了適應(yīng)養(yǎng)豬生產(chǎn)規(guī)模化的日益發(fā)展，仔豬能否早期斷奶成為規(guī)模化生產(chǎn)的關(guān)鍵。但是由于幼齡仔豬的各種器官還沒有發(fā)育完全，特別是消化器官，所以容易出現(xiàn)“早期斷奶綜合征”，嚴(yán)重影響仔豬的生長，會導(dǎo)致仔豬生長緩慢、腹瀉和采食量下降。

動物體內(nèi)還有大量的游離氨基酸，其中谷氨酰胺的含量相對較多，它作為一種必需的營養(yǎng)物質(zhì)參與腸道細(xì)胞的代謝。母豬乳汁中含有大量的谷氨酰胺，仔豬斷奶后以食用飼料為主，從而導(dǎo)致仔豬體內(nèi)谷氨酰胺量的嚴(yán)重缺乏。經(jīng)學(xué)者們研究發(fā)現(xiàn)，通過將適量的谷氨酰胺加入到仔豬飼料中，能夠使仔豬斷奶后產(chǎn)生的應(yīng)激反應(yīng)得到顯著緩解，保護(hù)腸道黏膜不受損傷，從而提高仔豬的抗病能力，在一定程度上防止仔豬產(chǎn)生“早期斷奶綜合征”。

在一般的生理狀況下，小腸靠Gln作為重要的供能原原料，腸道代謝是以谷氨酰胺作為底物，足量的底物能夠維持腸道結(jié)構(gòu)和更好的穩(wěn)定性，動物生長狀態(tài)的好壞與谷氨酰胺的代謝程度密切相關(guān)。除此之外，谷氨酰胺作為氮的供體參與動物體內(nèi)糖、核酸和蛋白質(zhì)等重要物質(zhì)的合成，保證機(jī)體內(nèi)氮平衡的穩(wěn)定性。仔豬在斷奶后1周，機(jī)體組織中的內(nèi)源谷氨酰胺無法維持小腸絨毛的完整性，會使絨毛明顯縮短，從而影響機(jī)體對營養(yǎng)物質(zhì)的消化和吸收，此時就需要添加一定量的外源性谷氨酰胺來維持小腸絨毛的完整性。因此，提高生長性能，需要添加谷氨酰胺在仔豬飼料中，但添加量要適中。

斷奶仔豬健康狀況很大程度上依賴于谷氨酰胺的攝入量。斷奶的應(yīng)激反應(yīng)會導(dǎo)致仔豬小腸絨毛縮短、隱窩變深、降低附著于腸絨毛上成熟細(xì)胞數(shù)量，從而使仔豬消化道的消化和吸收能力顯著下降，消化道內(nèi)的殘留物質(zhì)在腸道內(nèi)大量堆積，嚴(yán)重時極易引發(fā)腹瀉。淋巴細(xì)胞、腸黏膜上皮細(xì)胞均以Gln為主要的能源之一，Gln可以避免腸道黏膜不被損害，加強(qiáng)腸道的免疫調(diào)節(jié)功能。它能夠增強(qiáng)淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)胞分裂和增殖能力，能保持免疫細(xì)胞功能的穩(wěn)定性，如淋巴細(xì)胞、胸腺細(xì)胞等。除此之外，NO、谷胱甘肽和鳥氨酸作為谷氨酰胺的代謝物，能起到保護(hù)腸道的功用，使細(xì)菌和毒素沒法損害腸道、受損的腸道得到即時修整，使腸道保持完整。

適量的谷氨酰胺可以使斷奶仔豬每天增加的重量顯著提高，使其生長性能達(dá)到最佳狀態(tài)。同時適量地添加谷氨酰胺可以顯著降低仔豬的腹瀉情況、減少由腹瀉產(chǎn)生的死亡率，從而改善仔豬的整體生長狀態(tài)。

3.2 谷氨酰胺對肉仔雞發(fā)育的影響

據(jù)報(bào)道，通過向飼料中添加 0.4% Gln 能明顯提高1周齡內(nèi)雛雞平均每天的進(jìn)食量和增重量（P<0.05）；增添了 0.8% Gln 組則對第 1、4 周齡的料重比都有明顯升高功用（P<0.05），特別對第 2、3 周齡小雞，能使飼料轉(zhuǎn)化率相對明顯下降（P<0.05）。

至今為止對機(jī)體免疫體況的研究較為深入，其研究方法也相對很多，其中免疫器官稱重法的應(yīng)用最為廣泛。通常認(rèn)為的免疫抑制可能導(dǎo)致免疫器官重量的下落，免疫增強(qiáng)可使免疫器官重量增長，器官成熟得更快，指數(shù)增加得更快。經(jīng)黃冠慶的研究報(bào)道，經(jīng)過向肉仔雞的飼料中添加0.8%的L-Gln可明顯提高21日齡肉雞的肝臟、法氏囊、脾臟和胰腺的重量和法氏囊指數(shù)，最終得出最佳效果的添加量為0.8%的L-Gln，說明L-Gln可促進(jìn)這些免疫器官的發(fā)育，使整個機(jī)體的免疫力顯著提高。由于變化的免疫器官重量及指數(shù)不單單反映L-Gln功能的一個方面，所以還必須進(jìn)一步探討對肉雞免疫器官發(fā)育和組織學(xué)的影響，如從谷氨酰胺的影響機(jī)制，組織化學(xué)和其他領(lǐng)域。法氏囊是家禽特有的中樞淋巴器官，參與體液免疫功能。據(jù)報(bào)道，飼料中增添Gln可以使肉仔雞組織間的淋巴細(xì)胞快速增殖并快速分化，促使法氏囊快速發(fā)育，老化速度減慢，同時減緩由疫苗免疫對其形成的傷害。

黃曉亮等研究發(fā)現(xiàn)，添加 0.2%、0.4%谷氨酰胺能有效提高 1～8 日齡肉仔雞體重、日增重、飼料報(bào)酬和成活率；周聯(lián)高等研究發(fā)現(xiàn)，0.2%、0.4%谷氨酰胺可以促進(jìn)肉仔雞生長，其中 0.2%谷氨酰胺添加效果更佳。目前大多研究停留在Gln對肉仔雞生產(chǎn)性能的影響上，但將Gln作為飼用抗生素替代物在肉仔雞生產(chǎn)性能上的報(bào)道比較罕見。

4 結(jié)語

無論是在維持免疫系統(tǒng)的穩(wěn)定性，還是保持腸道的正常形態(tài)和功能的作用過程中，谷氨酰胺都起到至關(guān)重要的作用，但是其作為飼料添加劑在飼料中的最適添加量還需要做進(jìn)一步研究與探討。隨著畜禽生產(chǎn)規(guī)?；娜找姘l(fā)展，斷奶幼崽的營養(yǎng)水平的調(diào)控、日增重的提高、腹瀉頻率等都將有待改善。因此，對谷氨酰胺對機(jī)體的重要作用仍需進(jìn)行系統(tǒng)研究，也是非常重要的，特別是對發(fā)展畜禽生產(chǎn)尤為重要。

參考文獻(xiàn)

[1] KREBS H A.Metabolism of amino acids.The synthe-sis of glutamine from glutamic acid and ammonia，and theenzymic hydrolysis of glutamine in animal tissues[J].Biochem J，1935，33：1951.

[2] EAGLE H.Nutrition needs of mammalian cells in tissue cultures[J].Science，1955，122：501.

[3] ROBERT J，SMITH M D.Glutamine metabolism and its physiologic importance[J].JPEN，1990，14（S1）：40.

[4] 張維睿，楊桂芹，王宏山.谷氨酰胺的研究進(jìn)展[J].中國畜牧獸醫(yī)，2004，31（7）：10-12.

[5] NEU J，ROIG J C，MEETZE W H，et al.Glutamine metabolism in the animal body [J].J Pediatr，1997，131（5）：691-699.